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2009年9月15日 (火)

夕陽が赤いわけ、秋の空が高いわけ、そして白い雲の理由


 夕陽が赤いことと、秋の空が青く澄んでいて高く見えることとは実は関係している。

そのわけは、空気中に含まれている水蒸気や塵が関係している。

 

夕陽や朝日が赤いのは、大気が太陽の青い光を散乱するために、

空気の層を長い距離、通過すると、青い光は届かず、赤い光が残るためと考えるのが自然である。(2009.9.9:「空はなぜ青いのか?」参照)

Photo

図のように、真昼の太陽は真上から空気の層を通って入ってくるのに対して、

朝日や夕陽は地表にすれすれに入ってくるので、長い距離、空気の層を通過する。

朝日や夕陽は、真昼の光に比べて約30倍長い距離を通過してくる。

 

そのために、空気の層で青い光が散乱されてしまえば、青い光は弱くなり、赤い光が通過してくるので、朝日や夕陽は赤くなる。

 

しかし、朝日と夕陽では、その赤さが違う。

 

朝日の赤は、清々しい、ピンクに近い爽やかな赤なのに対して、

夕陽は、力強い赤であり、太陽の周りも赤く染まっている。

 

この違いは何によるのか?

 

それは昼間の生物(人間も含む)の生活の営みによって出てくる

空気中の水蒸気や、細かい塵(微粒子)によると考えられる。

 

水の分子は、単体ではその大きさは、酸素や窒素分子と大差ない。

 

ところが、上空では、水の飽和蒸気圧(2009619日:「冷やす」参照)が低くなるために、単体で存在できる水分子の数は少なくなり、余分な分子はお互いに結合して、細かい水の粒子を形成する。

 

水の粒子の大きさが、青い光の波長(約0.4μm)に近くなると、水粒子による青色のレイリー散乱(2009.9.9:「空はなぜ青いのか?」参照)は急速に減衰して、黄色から赤色のレイリー散乱が強くなってくる。

 

さらに水粒子の大きさが可視光の波長以上(1μm以上)に大きくなると、レイリー散乱は起こらなくなり、通常の散乱になる。この散乱は、全ての可視光を散乱するので、白い雲として見える。

 

これが雲による散乱で、雲は、可視光の波長以上に成長した水粒子の集まりである。

雨雲は、非常に大きく成長した水粒子の集まりであり、雲の層も厚いため、

光は水粒子で散乱されて、透過しにくくなっているために、暗くなってくるのである。

 

さて、話を、空の青さと夕陽に戻そう。

 

夜は、大気が冷えるので、大気中の水蒸気は夜露として地表に戻るので、大気中の水蒸気の量は少なくなる。

朝、太陽が出ると、大気中の水蒸気は、太陽の熱によって地表の水が蒸発して、大気中に放出される。

水蒸気は、上空で、細かい水粒子になる。

 

黄色や赤色のレイリー散乱が強くなる程度の水粒子が大気中に多くあると、

日中の空の色は少し黄色味がかって、抜けたような青色にはならないと思われる。

夏の朝は、抜けるような青空だったのに、昼過ぎには、なんとなく色あせたような青になるのは、水蒸気のせいだと思われる。

 

また、日中の生活で、人間は煙として多くの微粒子を排出している。

それらの煙の大きさも可視光の波長の程度なので、色あせた空の色の演出に一役買っている。

 

一方、このような状況での夕陽は、周りを赤く染め、青色も透過してこないので、素晴らしい夕陽が見られるはずである。

雨上がりの後や、嵐の過ぎ去った後の夕陽が素晴らしいのは、このせいだし、

日中の空気の汚れも、素晴らしい夕陽を演出する役者である。

 

秋の空が高いのは、空気が冷えてきて、水蒸気の量も少なくなり、

水粒子による散乱が少なくなったためと思われる。

 

また、台風一過の空も、余計な塵が吹き飛ばされて、本来の空の色が取り戻されて、

素晴らしい、抜けるような青さが見られるのである。

 

夕焼けも、秋の空が高いのも、白い雲も、人間や生物の営みによる、大気中の水蒸気や塵の量の変化によるのである。

 

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コメント

学生です!

今やってる研究にもうほんとにすごいどんぴしゃの内容で、
解らなかったとこがわかりやすく説明されてて感動しました!

ありがとうございますo(*^▽^*)o

coccoさん

コメントありがとうございます。
お役に立てたようで嬉しいです。

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